日本磨削加工技術簡介

日本的加工機床由于其高品質和卓越的可靠性，在國際上獲得了很高評價，因此才能超越歐洲老牌工業(yè)強國，在24年中產(chǎn)值一直保持世界第一。特別是立式和臥式加工中心等切削加工機床的生產(chǎn)，無論在數(shù)量上還是質量上都在全球獨占鰲頭。不過，德國、意大利等歐洲國家在磨床生產(chǎn)方面也具有優(yōu)勢，是日本爭取機床出口額領先的有力競爭對手。

近年來，電子產(chǎn)品的加工開始高速增長，超精密、高性能的磨床不可或缺，尤其是對小型制品進行高精度磨削加工的需求很大。

本文主要對日本引以為傲的高技術水平、高附加值磨床產(chǎn)品進行了展望，并重點介紹了在光學零件生產(chǎn)中不可缺少的精密模具磨削加工技術。此外，還介紹了今后具有良好發(fā)展前景的磨削加工中心和同時具備磨削功能的復合加工機床。

日本磨床在國際市場的地位

如前所述，日本機床產(chǎn)值在24年中一直占據(jù)首位，德國則緊跟其后。進入21世紀后，中國的機床產(chǎn)值急速增長，現(xiàn)在位列第3。近年來，意大利的機床生產(chǎn)也處于上升趨勢，名列第4。

在統(tǒng)計世界各國磨床產(chǎn)值和產(chǎn)量的相關數(shù)據(jù)時，由于項目分類方法沒有國際統(tǒng)一標準，因此在獲取正確數(shù)據(jù)上存在一定困難。其中還有一些國家未公布相關的產(chǎn)值和產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

根據(jù)相關數(shù)據(jù)，平面磨床出口額前三甲分別為德國、日本和意大利。進口額最高的是中國，并處于逐年上升趨勢。從數(shù)量上看，中國無論是進口還是出口都占據(jù)高位（臺灣地區(qū)的出口臺數(shù)也不少）。根據(jù)出口平面磨床的單價來計算，相對于德國（1,580萬日元）、日本（1,360萬日元）的高價位，中國（70萬日元）和臺灣地區(qū)（140萬日元）的價位則較低?？梢姡瑥膯蝺r來看，平面磨床的產(chǎn)地呈現(xiàn)兩極分化趨勢。

日本和德國進口的磨床臺數(shù)較多，這是因為其機床制造商將海外工廠設在東南亞等地，然后從海外工廠進口本國不生產(chǎn)的低價磨床，造成進口臺數(shù)增加。無論如何，從全球來看，德國、日本和意大利是高性能平面磨床主要供應基地是毋庸置疑的。

雖然中國出口的磨床臺數(shù)也不少，但從金額來看，卻是排名第一的進口大國。而美國雖然進口磨床臺數(shù)較多，但金額卻相對較低。由此可知，美國主要使用一些價格較低的磨床。另外，從金額來看，美國磨床的最大出口目的地是德國；而從數(shù)量上看，則是臺灣地區(qū)。

磨削加工的超精密化

（1）微型球面透鏡排列的磨削加工實例

日本在數(shù)碼相機、帶拍照功能的手機和監(jiān)視鏡頭等方面引領著世界潮流。現(xiàn)在，像素的提高和價格的降低日新月異，其中就蘊含了微型球面透鏡等光學零件超精密加工的不斷進步。

中部大學的鈴木浩文教授提出了對生產(chǎn)微型球面透鏡的硬質合金模具進行超精密磨削的方法。以前，一個模具只能成形一個透鏡，但現(xiàn)在，排列放置的模具使大批量生產(chǎn)透鏡成為可能，從而降低了生產(chǎn)成本。微球面凸透鏡的模具加工是采用四軸聯(lián)動超精密磨削裝置和成形金剛石砂輪，通過同步控制實現(xiàn)創(chuàng)成運動。將工件安裝在主軸上，使其低速旋轉，將截面形狀為凹面（或凸面）的金剛石砂輪安裝在旋轉縱軸上，進行磨削加工。首先，低速旋轉時，要確保工件與砂輪之間保持一定距離，砂輪與工件的旋轉方向和速度要保持同步，以實現(xiàn)對凹面（或凸面）球面形狀的精密磨削。然后，調整工件位置，并重復上述加工動作。

為了實現(xiàn)高速、高精度的同步控制，必須擁有先進的數(shù)控系統(tǒng)和機械結構。東芝機械生產(chǎn)的ulg-100d超精密曲面磨床采用直線電機進給驅動和v-v回轉的組合，實現(xiàn)了1nm步距的進給，解決了象限突起問題，借助平滑的圓弧插補實現(xiàn)了自由曲面加工。

為了使金剛石砂輪正確成形，砂輪修整技術不可或缺。鈴木教授使用釩系列合金結合劑，使1500#、3000#的熱固性樹脂金剛石砂輪的成形半徑達到了r2.5mm。

（2）配備直線電機的磨床

平面磨床的進給以前采用油缸驅動，后來，在油缸驅動控制中應用了油壓伺服系統(tǒng)技術，可在很短行程中實現(xiàn)高速反向，從而實現(xiàn)快速磨削。近年來，直線電機驅動將取代以往的油缸驅動，在提高能效的同時，實現(xiàn)了高精度，也為維護工作環(huán)境和保護地球環(huán)境做出了貢獻。

岡本工機生產(chǎn)的upg310li磨床采用直線電機驅動，實現(xiàn)了20mm行程、500次/min的高速往返，使打孔機之類小型零件的磨削加工時間大幅縮短。此外，該磨床工作臺還配備了可變滑動系統(tǒng)，在保證高剛性的同時，降低了摩擦系數(shù)，實現(xiàn)了對微型模具的高能效、高精度加工。

磨削加工的復合化

（1）磨削加工中心

v銑床已從數(shù)控銑床發(fā)展為銑削加工中心，車床也經(jīng)由數(shù)控車床升級為車削加工中心。就磨床而言，數(shù)控磨床已經(jīng)得到實際應用，但磨削加工中心尚未得到普及，其今后的發(fā)展值得期待。

在磨削加工中心中，包含了從磨床和加工中心發(fā)展而來的兩套系統(tǒng)。一般來說，設有管理各種砂輪的砂輪自動更 換裝置（atc）、自動測量裝置和工件交換裝置。相對于銑削和車削加工中心來說，磨削加工中心的困難之處在于：

①工具的磨損；

②很難保持加工零件的高精度；

③要求的精度較高；

④磨屑碎片很小，容易掉入機床運動部件中。。

太陽工機以立式內圓磨床為基礎制造的igv-1 nt磨削加工中心利用六角形的砂輪放置臺實現(xiàn)了砂輪的自動交換；自動裝置可確保加工精度。該機可對外圓、內徑、端面進行精密磨削，適合各種齒輪和法蘭盤的磨削加工。

大阪機工以銑削加工中心為基礎開發(fā)的gc620磨削加工中心不但保留了加工中心的性能優(yōu)勢，還優(yōu)化了冷卻劑和磨屑處理功能。使用水溶性切削油，有利于機床的防銹。工作臺上配備有砂輪自動修整裝置，能及時修整砂輪的直徑和長、寬尺寸，可以長時間連續(xù)磨削加工。

（2）帶磨削功能的復合加工機床

磨削加工中心再進一步發(fā)展，就是多功能復合加工機床。復合加工機床除了可以進行磨削加工以外，還可以進行切削加工、激光加工、放電加工等。機床制造商將各種加工能力組合在一起，開發(fā)出各種新型機床，這在日本國際機床展覽會（jimtof）上隨處可見。

例如，福岡工業(yè)大學的仙波卓彌教授開發(fā)了一種兼具激光加工和磨削功能的復合加工機床。粗加工時使用激光，精加工時采用磨削。復合加工機床的內部裝有用于加工的激光聚光系統(tǒng)和用于觀測加工表面的光學系統(tǒng)。此外，可通過在壓縮空氣中摻入氮氣，來調整輔助氣體的氧濃度。磨削加工采用3000#電鍍砂輪，而修整砂輪則使用8000#的帶電修整工具。該系統(tǒng)可在短時間內，完成對玻璃狀碳素工件80nm以下平滑表面的復合加工。

牧野精機開發(fā)的將放電加工與磨削加工融為一體的cnj2-e復合加工機床利用放電加工進行高能效的粗加工，然后通過磨削完成最終形狀的加工。

磨削加工中心和復合加工機床都是采用工件一次裝夾加工，因此能將安裝誤差的影響降至最低，能夠有效適應高精度、高能效、省空間等要求，其發(fā)展前景非常值得期待。

來源：磨料磨具研習社

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